GNSS基線走向對點位精度影響分析

賈國憲,唐宇培

(61206部隊,天津 300140)

GNSS基線走向對點位精度影響分析

賈國憲,唐宇培

(61206部隊,天津 300140)

通過對不同長度GNSS導線實測數據的處理比較,分析了GNSS基線走向變化對點位精度的影響。結果表明，GNSS支導線中各控制點在經度、緯度和高程方向的誤差累積與基線走向有關,并隨點位經緯度的變化呈現一定的規律。

GNSS;基線走向;精度;誤差累積

0 引 言

在采用GNSS技術布設控制點時,一般采用構成網的形式,例如三角形網、多邊形網等。即使采用附合導線法布設,也是由若干附合導線形成一個閉合的圖形,以便于檢核,確保控制點精度[1-2]。但在一些特殊項目中,由于工程需要(如管線測量、靶場測量)不得不布設成支導線或附合導線的形式[3-4]。當用兩臺或兩臺以上GNSS接收機布設此類線狀控制點時,其點位精度是最為關心的問題。本文著重探討GNSS基線走向變化對點位精度影響的規律,為GNSS技術布設導線方案的確定提供參考依據。

1 基本誤差傳播原理

根據誤差傳播理論,在傳統大地測量中,布設支導線時隨著導線的延伸,其誤差會越來越大,支導線終點即最后一點的誤差最大[5]。

(1)

式中:m1為第1點的點位誤差;m2為第2點的點位誤差;mn為第n點的點位誤差。

2 控制點選取

以某實測線狀GNSS控制網為例。該網共有B、C級點47個,點間距50～60 km,導線總長度約為2 580 km,如圖1所示。B、C級點間又加密3～4個D級點,點間距10～15 km.圖2示出了各B、C級點相對于1號點位置的經緯度變化。

圖1 GNSS導線點分布圖

B、C級點編號依次為1～47,其中1、9、17、25、32、40、47號為B級點,其他為C級點。導線走向:1～14號點為東北走向,14～36號點為西北走向,36～47號點為西南走向。

圖2 各導線點相對于1號點的經緯度變化

3 數據處理分析

利用4個國際IGS站的數據和坐標,采用Gamit/Globk、Pinnacle軟件進行相應的處理及平差,可以得到所有控制點的精確成果。

支導線的處理分析分為兩種情況:1) 利用圖1中47個點以長支導線的方式進行處理,并與原有網平差結果比較;2) 從控制網中選取10個相鄰點(包含B、C、D級點)組成一條短支導線進行處理,同樣與原有的網平差結果進行比較。

3.1長支導線數據處理分析

利用原有觀測數據,按以下方式提取部分數據并逐步處理。首先,以1號為起始點,2號為未知點,同步測量3個時段,時段長度6 h,以1號為控制點解算2號點坐標;然后用同樣的方法,以2號為控制點解算3號點坐標,后面的點依次進行。支導線的解算采用Pinnacle軟件,參數設置如表1所示。

將Pinnacle軟件處理的結果投影到平面,與已知坐標相減,計算每個點的平面位移,如圖3所示。可以看出隨著支導線的延伸,點數的增加,其平面位移(誤差)逐步增大。然后將北、東方向及高程方向的處理結果分別與已知成果比較,計算每個點在北、東及高程方向上的誤差,如圖4、圖5所示。

表1 Pinnacle參數設置

從圖4中可以看出,從1號點至14號點,誤差在逐步增大,從15號點開始誤差累積發生變化,東方向(經度)誤差與前面點的誤差值相反,造成誤差向負值方向逐漸增大,北方向(緯度)誤差也發生變化;從圖5可以看出,高程方向誤差累積沒有隨支導線延長增加,而隨導線走向在變化。

對照圖2和圖4,可以發現北、東方向誤差變化與點的經緯度變化有關,當點的經緯度增大時,其誤差向正值累計增加,當點的經緯度減小時,其誤差向負值累計增加。因此,可以得出這樣的結論:利用GNSS做支導線時,其誤差累積與支導線走向有關,誤差積累隨點的經緯度變化而變化。

圖3 長支導線平面位置誤差累積圖

圖4 長支導線北、東方向誤差累積圖

圖5 長支導線高程方向誤差累積圖

3.2短支導線數據處理分析

從控制網中選取10個連續點組成一條較短導線,南北走向,起始點為B級點,其他為C、D級點,總長約100 km,點間距為10～15 km.點號重新編為1～10.支導線的數據處理,同樣采用Pinnacle軟件,將處理結果投影到平面上,與原有的已知網平差結果進行比較。

首先計算每個點的平面誤差,如圖6所示。然后分別計算每個點在北、東及高程方向上的誤差,結果如圖7、圖8所示。

圖6 短支導線平面位置誤差累積圖

圖7 短支導線北、東方向誤差累積圖

圖8 短支導線高程方向誤差累積圖

從圖6中可以看出,平面位置誤差隨導線延伸,誤差累積增大,與長支導線結論一致。而從圖7、圖8中可以看出,對于比較短的支導線,平面位置誤差變化也與導線走向有關,由于導線是南北走向,點位坐標在東西方向變化不大,所以誤差累積在東西方向分量上積累較小,而在南北方向誤差累積在增大,與長支導線誤差累積規律一致,在高程方向其誤差在增大,與圖5中前9個點的誤差累計一致。可以看出,在高程方向誤差累積與導線走向有關,即南北走向的支導線高程分量誤差的累積明顯,而東西走向支導線則高程分量誤差的累積影響不大。

4 結束語

根據以上不同走向、不同長度支導線誤差累積實例分析,在采用GNSS技術布設支導線做控制測量時,可以得到如下的認識:

1) 做支導線時,各控制點的誤差累積與導線走向有關,當點的經緯度增大時,經緯度方向(東、北方向)誤差為正值,隨著導線延長,累計誤差增大,當點的經緯度減小時,誤差為負值積累。

2) 高程方向誤差累積與經度變化關系不大,與點的緯度變化有關,當緯度增大時,誤差為正值,

當緯度減小時誤差為負值。

盡管采用GNSS技術布設支導線時其誤差積累的規律與傳統大地測量方法的規律有所不同,但上述認識也有助于GNSS技術布設導線方案的確定,依據GNSS基線走向對坐標精度的影響規律,可以預估其精度是否滿足工程建設需求。

[1] 田建波,陳剛,陳永祥. 全球導航定位技術及其應用[M]. 武漢:中國地質大學出版社, 2013.

[2] 黨亞民,秘金鐘,成英燕. 全球導航衛星系統與應用[M]. 北京:測繪出版社, 2007.

[3] 王俊勤,申慧群. 航天靶場大地工程測量[M]. 北京: 解放軍出版社, 2007.

[4] 鄭廣偉,李海,董朝陽,等. 大地測量成果質量評定[M]. 北京:解放軍出版社, 2014.

[5] 徐正揚,劉振華,吳國良. 大地控制測量學[M].北京:解放軍出版社, 1992.

TheAnalysisonGNSSOpenTraverseDirection’sInfluenceonPointLocationPrecision

JIAGuoxian,TANGYupei

(61206Troops,TianJin300140,China)

By comparing processing results from observing data of GNSS open traverse with different lengths, the analyses are detailed about traverse direction’s influence on point location’s precision. The experiment shows that control points’ error accumulations not only have intrinsic relationships with traverse direction lying in longitude, latitude and altitude, but also satisfy some certain regulation along with variations of longitude and latitude.

GNSS; open traverse direction; accuracy; error accumulative

10.13442/j.gnss.1008-9268.2017.04.008

P228.4

A

1008-9268(2017)04-0043-04

2017-05-27

聯系人: 賈國憲E-amil:jiaguoxian@sina.com

賈國憲(1968-),男,碩士,高級工程師,主要從事大地與工程測量工作。

唐宇培(1973-),男,高級工程師,主要從事大地與工程測量工作。